“CALOR DE COMBUSTIÓN”

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

Departamento de FisicoquímicaLaboratorio de Termodinámica

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

OBJETIVOQue el alumno determine el

calor de combustión de una muestra sólida a partir de datos

calorimétricos medidosexperimentalmente con la

bomba calorimétrica.

TERMOQUÍMICA

Es un área de la TERMODINÁMICA experimental que cuantifica la cantidad de calor cedida o absorbida

por una RQ

REACCIÓN DE COMBUSTIÓN

LA CANTIDAD DE CALOR se mide …..

Instrumento (recipiente) que permite cuantificar la

cantidad de calor cedida o absorbida por un sistema

colocado en su interior. Posee un dispositivo para medir la

temperatura y una pared adiabática que impide la

transferencia de calor hacia los alrededores.

CALORÍMETRO

ISOBÁRICOS (P = CONSTANTE)

ISOCÓRICOS (V = CONSTANTE)

TIPOS DE CALORÍMETROS

ADIABÁTICOS (Q = 0)

ESQUEMA DEL CALORÍMETRO

FUNDAMENTO DE LA MEDICIÓCLA ENERGÍA INTERNA...

Es la energía que tiene el sistema, involucrando a los átomosque lo componen y sus constituyentes (electrones, protones,neutrones), así como sus comportamientos (vibración, rotación,translación, etc.) de forma individual o como parte de agregadosquímicos (retículas, moléculas, etc.)

Ecuación energética

• dU = δQ + δW• ∆U = Q + W

Cambio de energía interna

en proceso isocórico

• Si V = cte, δW = 0 y dU = δQV

• ∆U = QV

Cambio de entalpía en

proceso isobárico

• Si P = cte, δW = −PopdV y Pop ≈ P sistema• dU = δQ −PdV o bien U2 − U1 = Qp −P(V2 − V1)• Qp = (U2 + P2V2) − (U1 + P1V1) pero H = U + PV• Qp = H2 − H1 = ∆H

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

ECUACIÓN TERMOQUÍMICA

SISTEMA TERMODINÁMICO: REACCIÓN QUÍMICA

Ecuación química balanceada.Estados de agregación: (s) sólido, (l) líquido, (g) gas, (ac) medio acuoso, (org) medio orgánico.Cantidad de calor asociada al proceso químico. Condiciones de T y P del proceso químico.Signo del calor asociado al proceso químico: Exotérmico (Qr < 0), Endotérmico (Qr > 0).Si P = cte, (Qr)p = ΔHr. Si V = cte, (Qr)V = ΔUr

03 2 2 2 298.15K

3CH OH( ) O ( ) CO ( ) 2H O( ) 726.76 kJ/mol2 rl g g l H+ → + ∆ = −

Estado inicial:

reactivos

Estado final:

productos

ENTALPÍA DE FORMACIÓN

2 20298.15K

C( ) O ( ) CO ( )

393.51 kJ/molr

grafito g gH

+ →

∆ = −

Formación del dióxido de carbono a partir de grafito y oxígeno:

ENTALPÍA DE REACCIÓN

SUSTANCIA: ΔHºf, 298.15 K / (kJ/mol)C6H5COOH (s) -384.80

O2 (g) 0CO2 (g) -393.51H2O (l) -285.83

0 0 0, ,r i f i j f j

i jH n H productos n H reactivos∆ = ∆ − ∆∑ ∑

06 5 2 2 2 298.15K

15C H COOH( ) O ( ) 7CO ( ) 3H O( ) 3227.26 kJ/mol2 rs g g l H+ → + ∆ = −

0298.15K (7)( 393.51 kJ/mol)+(3)( 285.83 kJ/mol) (1)( 384.80kJ/mol)rH∆ = − − − −

Ejemplo: Entalpía de combustión del ácido benzóico

RELACIÓN ENTRE ΔH y ΔU

0 0 ( )r rH U PV∆ = ∆ + ∆

H U PV= +

Definición de entalpía:

Gases ideales:

( ) ( )PV nRT

PV nRT=

∆ = ∆

Si T = cte:

0 0 ( )r r gasesH U n RT∆ = ∆ + ∆

0 0 ( )r r gasesU H n RT∆ = ∆ −∆

,gases prod. ,gases react.( )gases i ji j

n n n∆ = −∑ ∑

Para fases condensadas V ≈ ctepor efecto de T y P, además:V (g) >> V (s) y V (g) >> V (l)Por lo tanto, el volumen de las fases condensadas se desprecia

RELACIÓN ENTRE ΔH y ΔU

06 5 2 2 2

15 JC H COOH( ) O ( ) 7CO ( ) 3H O( ) 32272602 molrs g g l H+ → + ∆ = −

15 1( ) 72 2gasesn∆ = − = −

( )0 J 1 J J3227260 8.314 298.15K 3226020mol 2 molK molrU ∆ = − − − = −

0 cal6319.97gcombU∆ = −

0 J 1 cal 1 mol3226020mol 4.184 J 122 grU ∆ = −

0 0 ( )r r gasesU H n RT∆ = ∆ −∆

Calor de combustión del ácido benzóico a volumen constante:

PARTE EXPERIMETAL

1. Determinación de la constante del calorímetro:

Masa de agua en la cubeta: 2000 g a 25°CMasa de pastilla de ácido benzóico: 1 g (Masa molar: 122 g/mol)Calor específico del agua: 1 cal/gºCAdicionar 1 mL de agua destilada en el interior de la bomba.Pesar el alambre de ignición antes y después de la reacción de combustión (ΔUºalambre = −1400 cal/g).

2. Determinación del calor de combustión de una muestra sólida:

Masa de agua en la cubeta: 2000 g 25°CMasa de muestra sólida (chocolate, dulce, etc.): 1 gCalor específico del agua: 1 cal/gºCAdicionar 1 mL de agua destilada en el interior de la bomba.Pesar el alambre de ignición antes y después de la reacción de combustión (ΔUºalambre = −1400 cal/g).

PARTE EXPERIMETAL

PARTE EXPERIMETAL

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL CALORÍMETRO

ganado cedidoQ Q= −

2H OK reacciónQ Q Q+ = −

2 2

0 0H O H O .( ) ( )f i f i ac benz comb alambre alambreK T T m c T T m U m U− + − = − ∆ − ∆

2 3H O HNO( )K comb alambreQ Q Q Q Q+ = − + +

2 2

0 0. H O H O ( )

( )ac benz comb alambre alambre f i

f i

m U m U m c T TK

T T− ∆ − ∆ − −

=−

0 1400 cal/galambreU∆ = −

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE COMBUSTIÓN DE UNA MUESTRA SÓLIDA

ganado cedidoQ Q= −

2H OK reacciónQ Q Q+ = −

2 3H O HNO( )K muestra alambreQ Q Q Q Q+ = − + +

2 2

0H O H O0 ( ) ( )f i f i alambre alambre

muestramuestra

m c T T K T T m UU

m− + − + ∆

∆ =−

0 1400 cal/galambreU∆ = −

( ) ( )2 2

0 0H O H Of i f i muestra muestra alambre alambreK T T m c T T m U m U− + − = − ∆ − ∆

tiempo

⋅ ⋅ ⋅⋅

⋅

⋅⋅

Tem

pera

tura

Tiempo de ignición

Vaciar al gráfico los datosexperimentales

• Trazar en papel milimétrico lasmejores rectas posibles para lastemperaturas registradas antes ydespués del mezclado

• Identificar el tiempo en que ocurrióla mezcla

•Extrapolar ambas rectas hasta eltiempo de mezclado

• Determinar Ti y Tf

Ti = temperatura del agua antes dela reacción.

Tf = temperatura del agua despuésde la reacción.

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅ ⋅ ⋅

Determinación de las temperaturas para ambos experimentos

iT

fT

Leer en un periodo de 5 min

cada 30 segundos

Leer cada 15 segHasta una temp cte.

COMPARACIÓN DEL VALOR TEÓRICO Y EXPERIMENTAL

Comparar el ΔU0 experimental con el valor informado en el empaque del dulce y determinar el % error:

0 0

0% 100empaque exp

empaque

U UError

U∆ −∆

=∆

25sube a 27el experimento

termina Después de los 5 minutosque se repitan 5 temperaturas

1. Se coloca l Se abre de la llave negra. Manometro pequeño2.1. Manometro grandeime

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e-mail: omar.termo@hotmail.com

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

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